油井管のグレードは何ですか?

OCTG (Oil Country Tubular Goods) は、あらゆる石油井とガス井を構成するケーシング、チューブ、ドリルパイプをカバーします。そのすべてのフィートは、アメリカ石油協会の管理仕様である API 5CT によって定義されたグレードに従って製造されています。このグレードは、降伏強度、熱処理、硬度限界、そして重要なことに、硫化水素 (H₂S) が存在する場所でパイプを使用できるかどうかを決定します。

ZC Steel Pipe は、API 5CT グレードの全範囲 (H40 から Q125) にわたる油井管を、ケーシングおよびチューブ用途向けにシームレス形状と ERW 形状の両方で製造および輸出しています。このガイドは、各グレードが何を提供するのか、どこで指定されているのか、どのように選択するのかなど、エンジニアや調達マネージャーにとって参考になるものです。

1. API 5CT: 油井管グレードを管理する規格

API 5CT はグレードを 4 つの製品仕様レベル (PSL1 および PSL2) に編成し、PSL2 では化学組成、機械的特性の一貫性、NDE に関するより厳しい要件が追加されています。重要な井戸 (HPHT、サワーサービス、深水) のほとんどのプロジェクト仕様には PSL2 が必要です。日常的な井戸建設には、PSL1 が標準です。

各グレードの指定は、グレードの最小降伏強度を数千 psi 単位で表します。 P110 は、最小降伏量 110,000 psi (758 MPa) を意味します。 L80 は、最小降伏量 80,000 psi (552 MPa) を意味します。接頭辞の文字には、制限された降伏範囲、熱処理の種類、または耐食性カテゴリなどの追加の意味が含まれています。これについては、以下のグレードごとのセクションで説明します。

2. 完全グレード参照表

以下の表は、すべての標準 API 5CT グレードをカバーしています。降伏値と引張値は MPa 単位で表示されます (psi 相当値が続きます)。パイプ本体には硬度制限が適用されます。 「サワー」の下に ✓ が付いているグレードは、NACE MR0175/ISO 15156 に従って H₂S サービスが承認されています。

S = シームレス。 W = 溶接 (ERW)。 API 5CT 最新版ごとの降伏/引張の最小値。硬度制限はパイプ本体ごとにあり、カップリングの硬度制限は異なります。サワーカラムの「制限なし」は、そのグレードが 0.05 psia を超える H₂S 環境では承認されていないことを意味します。

3. グレード別の内訳

H40 — 浅い低圧表面ケーシング

H40 は API 5CT グレードの中で最も強度が低く、最小降伏量はわずか 276 MPa (40,000 psi) です。特別な熱処理は必要ありません。これは主に、陸上の浅くて低圧の井戸の表面ケーシングストリング、つまり柔らかい地層の導体パイプ、規制要件によって圧力設計ではなく深さが設定される表面ケーシングに使用されます。 H40 は、表面ストリング以外の調達仕様にはほとんど見られません。 J55 に対するコスト上の利点は、ほとんどの市場ではわずかです。

J55 & K55 — 浅井戸から中井戸までの主力製品

J55 と K55 は同じ最小降伏強度 (379 MPa / 55,000 psi) を共有しますが、最小引張強度が異なります。J55 には 517 MPa (75,000 psi) が必要で、K55 には 655 MPa (95,000 psi) が必要です。どちらも熱処理は必要ありません。 J55 は、中程度の深さと圧力の陸上井戸の表面および中間ケーシングに世界的に最も広く使用されているグレードです。 K55 は、N80 に移行せずに、より高い引張強度が必要なカップリングおよび用途向けに指定されています。どちらのグレードも酸味の評価はありません。

N80 — 大容量、中深さのケーシング

N80 は最も広く生産されている高強度 API 5CT グレードで、最小収量は 552 MPa (80,000 psi) です。 N80 タイプ 1 (N80-1) と N80Q の 2 つのサブタイプがあり、これらは同じ機械的特性要件を共有しますが、熱処理が異なります。

• N80-1: 焼きならしまたは熱間仕上げ。焼入れや焼き戻しは必要ありません。より経済的に、より幅広くご利用いただけます。日常的な井戸設計の N80 ケーシングの大部分に使用されます。

• N80Q: 焼き入れ焼き戻し。より一貫した微細構造、より優れた靭性分布、より厳密な硬度制御。均一性が重要な場合、または中間のサワー状態で硬度の制御が必要な場合に指定されます。

N80は酸味の評価がありません。降伏範囲が広い (552 ～ 758 MPa / 80,000 ～ 110,000 psi) ため、硬度が制御されていないため、H₂S 環境では硫化物応力亀裂が発生しやすくなります。 N80 の完全な仕様ガイド →

L80 — サワーサービススタンダードグレード

L80 は、油井管ファミリーの中で理解する必要がある最も重要なグレードです。 N80 と同じ最小降伏量 (552 MPa / 80,000 psi) を持ちますが、最大降伏量が制限され (655 MPa / 95,000 psi)、必須の硬度上限が 23 HRC (241 HBW) です。焼き入れと焼き戻しは必須です。これらの管理により、L80 は NACE MR0175/ISO 15156 に基づくサワーサービスに適格となります。制限された強度と硬度の制限により、硫化物応力亀裂の感受性が低減されます。

L80 には 3 つの冶金学的バリエーションがあります。

• L80 タイプ 1: 炭素マンガン鋼。甘口から中程度の H₂S 環境向けの標準的なサワー サービス ケーシング グレード。シームレスで溶接されています。

• L80 9Cr:  9% クロム鋼。タイプ 1 よりも CO₂ 耐食性が向上しています。シームレスのみ。タイプ 1 は過度に腐食するが、完全な 13Cr はまだ必要ではない、CO₂ が豊富な環境で使用されます。

• L80 13Cr:  13% クロムステンレス鋼。優れたCO₂耐性と穏やかなH₂S耐性。シームレスのみ。多くの CO₂ 生成油井のデフォルトの配管グレード。より高価であり、接続構成に特別な溶接手順が必要です。 L80-13Cr 冶金ガイド →

N80 と L80 — フルグレードの比較 →

C90 — L80 と T95 の間のサワー サービス

C90 は、降伏範囲 621 ～ 724 MPa (90,000 ～ 105,000 psi) と硬度限界 25.4 HRC で L80 と T95 の間のギャップを埋めます。シームレスのみ、Q&T 必須、厳しい評価です。 C90 は L80 や T95 よりも在庫が少なく、L80 の降伏強度は不十分だが T95 の完全な強度は必要ない特定の坑井設計向けに指定される傾向があります。

T95 — 高強度でのサワーサービス

T95 は最高強度の耐酸性評価 API 5CT グレードであり (Q125 は耐酸性評価ではありません)、降伏範囲は 655 ～ 758 MPa (95,000 ～ 110,000 psi)、硬度限界は 25.4 HRC です。これはシームレスのみであり、必須の Q&T であり、H₂S が存在するものの設計圧力が L80 がサポートできる範囲を超えている坑井に対する L80 からの標準アップグレード パスです。 T95 は L80 に比べて大幅な価格プレミアムがあり、サワー サービス認定には SSC および HIC テストが必要です。 L80 vs N80Q vs T95 サワーサービス決定マトリックス →

P110 — 深井戸用の高強度

P110 は、最低収量 758 MPa (110,000 psi) の深高圧井戸用の標準高強度グレードです。これは必須の Q&T であり、シームレスおよび溶接形式で入手できます。 P110 は耐酸性を評価されていません。その幅広い硬度範囲により、H₂S 環境では SSC の影響を受けやすくなります。これは、H₂S 分圧が 0.05 psia 未満にとどまる限り、N80/L80 での崩壊および破裂の計算が設計要素を満たすことができない深井戸の中間および生産ケーシングに最適なグレードです。

P110 の経済性と運用上の制約の詳細については、以下を参照してください。 API 5CT P110 ケーシングパイプ — 仕様およびアプリケーションガイド →

Q125 — HPHT、最大強度

Q125 は、最小降伏量 862 MPa (125,000 psi) を備えた最高強度の標準 API 5CT グレードです。シームレスのみで、Q&T が必須であり、厳しい評価はありません。 Q125 は、P110 が崩壊または破裂の設計要件を満たすことができない超深超高圧 (HPHT) 井戸専用にほぼ独占的に仕様化されています。他のグレードよりも厳しい化学管理が必要であり、Q125 接続の溶接または熱処理には認定された手順が必要です。 Q125 は在庫品グレードではありません。受注生産のため、標準グレードよりも納期がかかります。

4. サワーサービスグレードと H₂S 制限

5. グレード選択決定ガイド

この決定フレームワークを使用して、特定のケーシングまたはチューブ文字列に対する正しい API 5CT グレードを絞り込みます。 4 つの主要な入力は、H₂S 分圧、坑井の深さ/圧力、温度、CO₂ 含有量です。

設計例を含む詳細なグレード選択ワークフローについては、以下を参照してください。 油井管材料の選択方法 — 完全なグレード選択ガイド →

6. グレード別の接続形式

接続タイプは OCTG 仕様の一部であり、グレードおよびアプリケーションに一致させる必要があります。 API 5CT では、ケーシングの 3 つの標準接続タイプに加えて、プレミアム接続の汎用カテゴリが定義されています。

プレミアム接続は、API スレッドでは達成できない金属間のシールを提供します。これは、漏れ経路が許容できない気密アプリケーションやサワーウェルにとって重要です。 ZC Steel Pipe は、油井管ケーシングとチューブのプレミアム接続設計に関する独立特許を取得しています。

詳細な接続ガイドについては、次を参照してください。 BTC ケーシングの説明 →  |  プレミアム接続 — 使用条件と利点 →  |  OCTG 接続 TCO ガイド →

7. ケーシングとチューブの長さの範囲

API 5CT では、ケーシングとチューブの 3 つの標準長さの範囲が定義されています。これらはパイプ本体の範囲指定であり、カップリングを含むジョイントの長さがわずかに長くなります。注文する前に、井戸設計がどの範囲を必要とするかを必ず確認してください。

R3 は、オフショアおよび陸上の深い井戸にとって好ましい範囲です。ジョイントが長いほど、構成する接続が少なくなり、リグ時間と潜在的な漏洩ポイントの数が削減されるためです。 R2 は陸上用途で最も一般的です。 API 5CT ケーシングの長さの仕様 — フルガイド →

8. よくある質問